Samstyring af afløbssystem og renseanlægSamstyring af afløbssystem og renseanlægPlanlægning og design

Lene Bassø, Aarhus Vand A/S

De næste 25 minutter:

• Drivers for at implemtere samstyring

• Introduktion til samstyring

• Samstyring i Århus Vand

Århus kommune motivationsfaktorer til at søsætte projektet med Å Å Åforbedret vandkvalitet i Brabrand Sø, Århus Å og Århus Havn

Motivationsfaktorer:- høj befolkningstilvækst - stigende forventninger til miljø fra borgerne- EU´s Vandplaner- Badevandsdirektivet

Projektet understøtter andre aktiviteter:-Genåbning af Århus Å-Etableringen af et nyt kvarter på de bynære h lhavnearealer-Rekreativ brug af Brabrand Sø, Århus Å og Århus Havn

F k kt i d tt j ktFokuspunkter i dette projekt: -Borgerne skal kunne have kontakt med vandet uden at blive syg-Hygiejnisk vandkvalitet

De nødvendige tiltag:- Målopfyldelse skal svarer til kravene i Badevandsdirektivet og Vandplanerne.

Mål og påvirkninger af vandområdet omfattet af projektetp j

Brabrand Sø, Århus Å og Århus Havn påvirkes af: Århus Bugt:195 spildevandsudløb133 regnvandsudløbCa. halvdelen af vandføringen i Århus Å er renset spildevand fra Viby og Åby renseanlæg

Århus Bugt: Fælles fosfor-kvote regnudløb/renseanlæg: I dag 18,6 t PKrav 13,0 t P

Århus Å:Målsætning:B3 – karpefiskevandSaltvandspåvirketSaltvandspåvirket

Brabrand sø:EU - habitatområdePåvirkning : I dag: 11,3 t P – heraf ca. 2 t fra regnudløb, g g , g ,Væsentligt bidrag fra nabokommuner (landbrug/naturbidtag: ca 6 t ) Krav: 2 t fra regnbetingede udledninger og renseanlæg + sigtdybde: 1,10 m

Den nuværende vandkvalitet (Ecoli) Baseret på måleresultater fra 2005 og 2006)p g )

Whi h i t t fit b t j t d i tiWhich instruments fits best your project and organisationTrainingNetworks

De 4 badevandsklassifikationer:Udmærket God Tilfredsstillende Ringe

ResearchDemonstration

5

Forventet resultat

• Hygiejnisk vandkvalitet i Brabrand Sø (svarende til badevand)badevand)

• Forbedret hygiejniskvandkvalitet (næsten svarendevandkvalitet (næsten svarendetil badevand)

Å• Hygiejnisk vandkvalitet i Århus Havn (svarende til badevand)

LøsningenInfrastructure

–Nye regnvandsbassiner (ca. 55.000 m3)–Hygiejnisering af renset spildevand ved 2 renseanlægHygiejnisering af renset spildevand ved 2 renseanlæg–Øget hydraulisk kapacitet på renseanlæggene (udvidelse afefterklaringstankene)

Styring/Overvågning–Integreret real time modellering/styring (afløbssystem/renseanlæg)–Varslingssystem til badevandskvalitet

Den valgte løsning koster: 340 mill. kr. Implementeringsfasen: 2007-2011

Traditionel systemstruktur på spildevandsområdet.- Ofte er vejrradaren dog erstattet med en traditionel regnmåler

Nogle bygværk er forsynet med lokal styring uden afhængigheder til andre komponenter og RA

Vigtige bygværker er tilsluttet fælles overvågningsenhed og mulighed for at sende alarm

Funktion: Alle bygværkerne sender regn og spildevand til renseanlæg idet der er fornøden

kapacitet i nedstrøms ledning Risiko for overløbkapacitet i nedstrøms ledning. Risiko for overløb

MKR (overordnede systemer for Monitering, Kontrol og Rapportering)

Integreret overvågning/styring/modelleringRenseanlæg betragtes som et bygværk. Formålet er at koordinere de enkelte bygværkers funktion, så aflastninger og F.eks. Optimal udnyttelse af bassinvolumen i forhold til nedbørens distribution. Nødvendigt med online målinger for samtlige betydende bygværker, så status Resultatet er at renseanlæg modtager regnvand i den takt, at der er kapacitet til behandling.

Distribueret Real tids Real tids

oversvømmelser minimeresUdjævning af tilløbsflow til renseanlæg, så denne ikke overskrider den aktuelle rensekapaciteter kendt i real tidOg det kan forudsiges, hvornår tilløbsflowet øges, så renseanlægget kan nå at omstille til en ny driftsituation.

nedbør/ intensitet

modellering og styring

(modellering og) styring

SCADA SCADA

SSensorPLC

KommunikationKontrol håndtag

Målestation

3 overordnede systemer med hver deres funktion

V j dVejrradarAfløbssystemetRenseanlæg

Formål med styring under regn: Integreret system

FormålMi i ff kt å ilj t f å t f db (h d f k å• Minimere effekterne på miljøet forårsaget af nedbør (her med fokus på hygiejnisk vandkvalitet)

Opgaver• VR (VejrRadar) gør AS (AfløbsSystem) og RA (RenseAnlæg) opmærksomVR (VejrRadar) gør AS (AfløbsSystem) og RA (RenseAnlæg) opmærksom

på at det vil begynde at regne og giver om muligt et estimat på intensitet og type.

• AS og RA vælger kontrolstrategi• RA estimerer/forudsiger max hydraulisk belastning på biologisk del (ud fra• RA estimerer/forudsiger max. hydraulisk belastning på biologisk del (ud fra

valgt kontrol strategi)• AS forudsiger resulterende flow til renseanlæg (ud fra valgt kontrol strategi)• AS og RA forhandler ændringer i set-punkter (kan resultere i lokalt mindre

optimal drift)optimal drift)• VR sender estimater på intensiteter• Loop

Beregning af kontrolstrategi gennemføres i et model-setup, som løbende modtager real-tids data fra VR, AS og RA til anvendelse for beregning og

kalibreringkalibrering.

Opstilling af integreret hydraulisk modelkompleks Oplandsmodel (MIKE She) beregner afstrømningen fra det åbne land. Oplandsmodellen modtager informationer om regn fra vejrradar. Resultatet bruges i Å-modellenResultatet bruges i Å-modellen

Mike Urban – modeller beregner afstrømningen fra det urbane område. Modellen modtager data fra vejrradar og spildevandsdata. Der beregnes overløb til recipienter og udløb fra renseanlæg og rengvandsledninger, som bruges til Å- og havnemodel.Å – modellen (Mike 11) beregner strømning og stoftransport – bl.a. E-coli. Resultatet bruges i havenmodellen Å.Havnemodellen (Mike 21) beregner E-colikoncentrationen i havnen. Den bruger randdata fra en større bugtmodel til beskrivelse afen større bugtmodel til beskrivelse af vandstandsændring.

Passer modellerne ?Passer modellerne ?Statusmodelberegninger (2005) er kalibereret efter de målte værdier i 2005 – og viser god overensstemmelse

Sikkerhed - klimaændringerSikkerhed - klimaændringerAl regn er tillagt 20 % i forhold til nuVandstandsstigning på op til 50 cm

Regnprognose ved anvendelse af vejrradar

Tørvejrsprognose er særdeles relevant til håndtering af tømningen af de store bassiner a.h.t. optimering af

renseanlægsdriften.

Vejrmodellerne fra DMI kan formodentlig give langtidsvarslingenVejrmodellerne fra DMI kan formodentlig give langtidsvarslingen.

Varslingssystem

Integreret Real tidsIntegreret Real tids modellering/styring Varsling:

Badevandskvalitet

DIMS Server

Online HostDIMS Server

Online Host

DIMS Server

Online HostDIMS Server

Online Host

iFIX SCADA Node

Server

iFIX SCADA Node

Server

iFIX SCADA NodeiFIX SCADA Node

DIMS Server

Online HostDIMS Server

Online Host

Real tids modellering:

Opland

Real tids modellering:

Marint

iFIX SCADA

DIMS Server

Online Host

iFIX SCADA

DIMS Server

Online Host

iFIX SCADA Node

Mouse Hosts

iFIX SCADA Node

Mouse Hosts

Brabrand sø Århus Å og

havn

område

iFIX SCADA NodeiFIX SCADA Node

Evaluering af styring

Model prediktiv styringModel prediktiv styring

Mike Urban Model

Strategi

Mike Urban Model

StrategiMålsætninger:

•Hygiejnisk vandkvalitet•Undgå slamflugt

•Undgå kælderoversvømmelser•Reducere næringsstofferne fra RA og afløb

•Styr aflastninger til ønskede lokaliteter•Sikre et driftsikkert og robust system

Framework-Drift (DIMS/VB)Framework-Light (VB) Framework-Plan (DIMS/VB)Framework

Global styring

Globalstyring

Globalstyring

Lokal Lokal LokalExcel/VB DIMS DIMS

½ ~ 5 minutter

Lokal PLC

styring

Lokal PLC

styring

Lokal PLC

styring

Excel/VBSoftwareSensor

DIMSSoftwareSensor

DIMSSoftwareSensor

C CMike Urban Model Mike Urban Model mm.

millisekunder (drift)beregningsskridt (model)

CO

M

CO

M

målsætningmålsætning målsætning

DRIFT(virkeligheden)

DESIGN(Mike Urban)

DESIGN og VALIDERING(Mike Urban + Mike 11 + Mike 21)

gg g

Eske DIMSPC Regn DIMS

Framework-Drift (DIMS/VB)

Global styring

½ ~ 5 minutter

DIMS

Lokal PLC

styring

DIMSSoftwareSensor

millisekunder (drift)beregningsskridt (model)

DRIFT(virkeligheden)

Eske DIMS

Håndtagene udstyres og vi arbejder med tilbagefaldsstrategi – driftsikkerhed.Regelstyring• Spjæld og pumper styres ud fra en eller flere betingelser om systemets nuværende tilstand.P b t l t iPrognosebaseret regelstyring• Spjæld og pumper styres ud fra prognosen af en eller flere tilstande. Prognosen kan fremkomme på flere

forskellige måder og kan variere i kvalitet og hvor langt ud i fremtiden den går.Modelprædiktiv styring• Model simuleringer benyttes til at søge/vælge de bedste setpunkter for styring baseret på systemets aktuelle

til t d ( )

Vejr

tilstand og prognose (regn osv.)

PLC

iFIX

Vejr radar

PLC

Gear

DIMS

Spjæld Model

DIMS

ModelTekNet

Styringsdiagram – MarselisborgHar vi styr på alle dimse-dutterne? Hvor fejler kommunikationen?

IT struktur for samstyringSetup med 3 beregningsniveauer kræver struktureret dataopbygning og flowp g g p yg g g

EKSTERN (system)<Regnmålerfil (DMI)<Å‐niveau (Orbicon)<Modeldata (NM)

Beregningsserver‐Modelbeskrivelser

EKSTERN (bruger)<>Dropzone m.v.>2 opløsninger til DHI (/5.min) <Modeldata  (NM)

<Havneniveau (DHI)>Målestation Åby (DHI)

LBA‐Adm. pc med adgang til PLAN via TEKTERM, samt DIMS direkte.

FTPVOS‐Passiv transport af eksterne data

DMZ DIMSCH‐Aktiv transport afeksterne data

(/5.min)

INTERNETDMZ

Driftsuafhængige data

Radar (Harlev RA) RenseanlægÅby Vest

PumpestationerBassiner

‐Modelbeskrivelser til PLAN og DRIFT

TEKFILE‐Datalager for radardata

( l i il SQL

ADM netværkTEKNET

DMZTEKNETModelbeskrivelser

LBA

Projektdata til/fra FTP

DIMSCHC ( j k ) SC SC ( k )

JægergårdsgadeMålestation Åby

Overløbsbygv.

DIMS.COREdatalinkfra/til ESKE SQL

m.v. (alternativ til SQL‐backup)

PLAN DRIFT

Polære, konfigurationsamt 2 opløsninger(/5min)

Radardata (polære, konfiguration) (/5.min)

Dataopsamling,setpunkter(RT)

IFIX‐Eksisterende iFIX funktionalitet

DIMS CH (Beregning radar data)‐Kalibreringsfaktor‐Afledte SW‐sensorer

CH (projekt)‐Projektdata til/fra FTP

DIMS CH (Opsamling radar data)‐Data fra radar‐Radardata til TEKFILE

DIMS CH (eske)DIMS OH (iFIX)‐Eksisterende DIMS funktionalitet.‐Rapporter til "regn"

PLAN         DRIFTDIMS CH (replik)‐EXCEL til model‐DIMS Klient‐DIMS.CORE replikering (ca. 20 tidsserier fra RA + 250 fra ESKE)

2 opløsninger (/5min)<1 opløsning

<Regnmålerfil (DMI)

PLAN SQLESKE SQL

(+radardims)Kontrolregler(manuelt)

DIMS.COREdatalinkstil PLAN SQL+til/fra Renseanlægs SQL

DIMS.COREdatalinksfra ESKE+Renseanlægs SQL

<Regnmålerfil (DMI)>ABC‐værdier>Radarbillede (kalibreret)(/5min)

MOUSE ENGINEDIMS CH

MIKE 11DIMS CH

MOUSE ENGINEDIMS CH

MIKE 11DIMS CH

MIKE  3DIMS CH

MIKE 3DIMS CH

Forudgående faser inden etablering af samstyringForudgående faser inden etablering af samstyring

Få dt k d k b til k i t d t• Få godt kendskab til eksisterende system• Opstil gode hydrauliske modeller• Opbyg en ensartet SRO-strukturp yg• Indsamle måledata i fælles database (Opbyg en god struktur i

navngivning og placering)• Validering og kalibrering af indsamlede data da disse dataValidering og kalibrering af indsamlede data, da disse data

anvendes til valg af kontrolstrategi• Vedligehold og drift det eksisterende system, så systemet

opfører sig som forventet (Kontraklapper pumpestationeropfører sig som forventet (Kontraklapper, pumpestationer, måleudstyr, spjæld, overløb og bassiner m.v.)

• Trim/optimere eksisterende renseanlægSik t b t d ift ikk t t• Sikre et robust og driftsikkert system

Tak for opmærksomheden- Husk at styring kræver opmærksomhed hele vejen fra planlægning til drift – og det forsætter.

Er det mon strategi 1,2 eller 3?